4.6 超重和失重 分层练习 高一物理人教版必修一（含解析）

4.6超重和失重思考站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？基础知识点巩固1.重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的________，再用_____测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝mg。方法二：利用__________对重力进行测量。2.超重和失重(1)超重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(2)失重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(3)完全失重现象：物体对支持物(或悬挂物)__________作用力的现象。物体的重力始终_____，大小_____变化。基础练习巩固1.巴黎奥运会女子双人三米跳板决赛，陈艺文和昌雅妮夺得金牌，中国跳水梦之队迎来开门红。运动员站在跳板上下蹲起跳，跳板的形变示意图如图所示，其中A位置为平衡位置，则运动员处于失重状态的过程是()A.由A位置到B位置 B.由A位置到D位置C.由C位置到B位置 D.由B位置到C位置2.某大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落；落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是()A.座舱自由下落的过程中人处于失重状态 B.座舱自由下落的过程中人处于超重状态C.座舱下落的整个过程中人处于超重状态 D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态3.人站在电梯内的体重计上，体重计示数大于人的实际质量，产生可能的原因是()A.电梯匀速下降 B.电梯加速下降 C.电梯减速上升 D.电梯加速上升4.下列关于超重与失重的判断正确的是()A.物体做变速运动时，必处于超重或失重状态 B.物体向下运动时，必处于失重状态C.做竖直上抛运动的物体，处于失重状态 D.物体向上做匀加速直线运动，处于失重状态5.某兴趣小组在学习了超重和失重的知识后，对该现象产生了浓厚的兴趣，为了探究超重和失重与运动情况的关系，他们让质量为60kg的人站在升降机内的台秤上，某段时间内台秤示数为550N，已知重力加速度，则升降机的运动状态可能是()A.匀速上升 B.匀速下降 C.减速上升 D.减速下降6.下列实例属于超重现象的是()①汽车驶过拱形桥顶端②荡秋千的小孩通过最低点③跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动④火箭点火后加速升空A.①③ B.②③ C.③④ D.②④7.关于超重和失重，下列说法中正确的是()A.做自由落体运动的物体处于超重状态 B.做减速下降运动的物体处于超重状态C.正在向上加速启动的电梯处于失重状态D.物体处在超重状态，代表其重力变大8.（多选）如图所示，升降机里的物体被轻弹簧悬挂，整个系统刚开始做匀速运动，某时刻升降机的运动状态变化导致弹簧突然缩短了，则此时升降机的运动状态可能为()A.加速上升 B.减速下降 C.加速下降 D.减速上升9.（多选）下列关于失重与超重的说法中，正确的是()A.失重就是物体所受重力变小B.物体加速上升时处于超重状态C.物体自由下落时不会产生失重现象D.失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化10.（多选）“蹦极”是一项体育运动。某人（视为质点）身系弹性绳自高空P点自由下落，如图所示。图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊着时的平衡位置，人在从P点落下到最低点c的过程中()A.在ab段，人处于失重状态 B.在a点人的速度最大C.在bc段，人处于超重状态 D.在c点，人的速度为零，加速度也为零11.如图1所示，某同学做引体向上中，两手正单杠，两脚离地，两臂自然下垂伸直，用背阔肌的收缩力量将身体往上拉起，当下巴超过单杠时稍作停顿（时间可忽略），然后逐渐放松背阔肌，让身体下降，直到回到初始位置，此后重复进行。图2是该同学在做第一个完整动作的过程中其重心速度随时间变化的图像，规定竖直向上为正方向，则图像中单杠对该同学支持力最大的时刻为()A.时刻 B.时刻 C.时刻 D.时刻12.“天问一号”的着陆器搭载“祝融号”火星车着陆火星，它们着陆前的最后一段运动可视为竖直方向减速运动。在该过程中()A.“祝融号”与着陆器都处于超重状态B.“祝融号”与着陆器都处于失重状态C.“祝融号”对着陆器的作用力大于着陆器对“祝融号”的作用力D.“祝融号”对着陆器的作用力小于着陆器对“祝融号”的作用力13.某人站在力传感器上完成先“下蹲”后“站起”动作，如图显示的是此过程中力传感器的示数随时间的变化情况，。则()A.此人的质量大约为B.“站起”过程中人的加速度一直向上C.“下蹲”过程中人的加速度一直向下D.到的过程中人的重心先下降再上升14.如图所示，举重运动员挺举时，先跨步把杠铃挺过头顶并稳定一小段时间，然后运动员保持杠铃上举状态，双腿由跨步变为直立。运动员由跨步变为直立的过程中()A.杠铃一直处于超重状态B.杠铃一直处于失重状态C.杠铃先处于超重状态后处于失重状态D.杠铃先处于失重状态后处于超重状态15.如图甲，在力传感器下端悬挂一钩码。某同学手持该传感器，从站立状态下蹲，再从下蹲状态起立回到站立状态，此过程中手和上身保持相对静止。下蹲过程传感器受到的拉力随时间变化情况如图乙，则起立过程传感器受到的拉力随时间变化情况可能是()A. B.C. D.16.阿联酋迪拜哈利法塔，原名迪拜塔，塔高828m，也被称为世界第一高楼。楼层总数162层，配备56部电梯，最高速可达。游客乘坐观光电梯大约1min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在时由静止开始下降，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是()A.时，电梯处于失重状态 B.时间内，绳索拉力等于零C.时，电梯处于失重状态 D.时，电梯速度最大17.如图所示，跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，则运动员越过横杆前、后在空中运动的过程中，下列说法正确的是()A.一直处于超重状态 B.一直处于失重状态C.先处于超重状态，后处于失重状态 D.先处于失重状态，后处于超重状态18.科技和互联网的发展不仅仅使得人们的生活更加方便，还使得人们认识事物的方式有了巨大的改变，使原本无法看到的规律以数据化的形式形象地呈现出来。如图所示，某同学通过力学传感器改造了体重秤，使得体重时时可视化。他记录了自己快速下蹲然后起立过程中力传感器示数随时间的变化规律，下列说法正确的是()A.该同学体重在下蹲和起立过程中不断变化B.该同学在下蹲过程中处于失重状态，起立过程中处于超重状态C.图像中两个最低点表示该同学处于完全失重状态D.图像中两个最高点表示该同学处于超重状态19.（多选）某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，如图所示，实线是数据采集器记录下力传感器中拉力的大小变化情况。根据图中信息，下列说法正确的是()A.段钩码做匀速直线运动 B.该钩码重力的大小为30NC.时刻钩码处于超重状态 D.时刻钩码处于平衡状态20.如图，质量为50kg的人站在升降机地板的台秤上，质量为1kg的小球通过细绳悬挂在升降机的顶部。当升降机沿竖直方向运动时，某时刻台秤示数为400N，重力加速度g取。此时升降机处于________（填“超重”或“失重”）状态，人的加速度大小为________，小球对轻绳的拉力大小为________N。21.如图所示，物块B套在倾斜杆上，并用轻绳绕过定滑轮与物块A相连（定滑轮体积大小可忽略），现使物块B沿杆由M点匀速下滑到N点，运动中连接A、B的轻绳始终保持绷紧状态，在P点时，物块B距定滑轮最近，在下滑过程中()A.物块A的速率先变大后变小B.物块A的速率先变小后变大C.物块A始终处于失重状态D.物块A先处于失重状态，后处于超重状态22.乘坐“空中缆车”饱览大自然的美景是旅游者绝妙的选择.如图是某缆车沿着坡度为30°的山坡以加速度a下行的示意图.若在缆车中放一个与山坡表面平行的粗糙斜面，斜面上放一个质量为m的小物块，小物块相对斜面静止（设缆车始终保持竖直状态）.重力加速度为g，则下列说法正确的是()A.小物块与斜面整体处于超重状态B.当时，小物块所受摩擦力的大小为C.当时，小物块所受摩擦力的大小为D.若缆车加速度增大，则小物块受到的摩擦力和支持力都可能减小23.如图所示，一部质量为的电梯静止在某一楼层，电梯厢下表面和缓冲弹簧上端相距，此时钢缆突然断裂，夹在电梯导轨上的安全装置立即启动，对电梯施加的阻力恒为。已知缓冲弹簧的劲度系数，弹簧的弹性势能为，g取。则在钢缆断裂后，()A.电梯先处于超重状态，后处于失重状态B.缓冲弹簧被电梯压缩的最大压缩量为1.0mC.电梯在运动过程中的最大加速度约为D.电梯被弹回后离开弹簧上升的最大高度为4.7m24.如图所示，将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱子中，在箱子的上顶板和下底板装有压力传感器，箱子可以沿竖直轨道运动.当箱子以的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为7.2N，下底板的压力传感器显示的压力为12N.（）（1）求金属块的质量m；（2）若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器示数的一半，试判断箱子的运动情况；（3）要使上顶板的压力传感器的示数为零，箱子沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？25.为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯的运行情况，甲、乙两位同学在该大楼电梯内用电子体重计及停表进行了以下实验：质量的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中体重计示数随时间变化的情况，并作出了如图所示的图像.已知时，电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层.g取.（1）画出电梯启动过程甲同学的受力分析图，并求出启动时电梯的加速度大小；（2）画出电梯在0~30s时间内的速度—时间图像；（3）求该大楼的层高.

答案以及解析基础知识点巩固1.加速度g；天平；力的平衡条件2.（1）大于；（2）小于；（3）完全没有；存在；没有练习1.答案：B解析：对运动员受力分析可知，由A位置到D位置，运动员具有向下的加速度，处于失重状态，而其余过程运动员具有向上的加速度，处于超重状态。故选B。2.答案：A解析：AB.座舱自由下落过程中，加速度向下，人处于失重状态。故A正确，B错误；CD.座舱下落到一定位置时，开始做减速运动，直到停下的过程加速度向上，人处于超重状态，则座舱下落的整个过程中人先处于失重状态，后处于超重状态。故CD错误。故选A。3.答案：D解析：体重计示数大于人的实际质量，人处于超重状态，加速度向上，所以电梯可能加速上升有可能减速下降。故选D。4.答案：C解析：判断一个物体处于超重状态还是失重状态，不是看物体的运动方向或运动状态，而是看物体运动的加速度方向。物体有竖直向上的加速度时，处于超重状态，有竖直向下的加速度时，处于失重状态。A.物体做变速运动时,无法判断加速度的方向，故无法判断物体是超重还是失重，故A错误；B.物体向下运动，也无法判断加速度的方向，故无法判断物体是超重还是失重，故B错误；C.竖直上抛的物体，加速度向下，处于失重状态，故C正确；D.物体向上做匀加速直线运动，有向上的加速度，处于超重状态，故D错误。5.答案：C解析：本题考查超重和失重。人对台秤的压力大小为550N，根据牛顿第三定律，台秤对人的支持力大小为550N，小于人的重力，人处于失重状态，加速度向下，所以升降机可能加速下降或减速上升，C项正确。6.答案：D解析：①汽车驶过拱形桥顶端，向心加速度向下，处于失重状态.②荡秋千的小孩通过最低点，向心加速度向上，处于超重状态.③跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动，离开跳板只受重力，加速度向下，完全失重.④火箭点火后加速升空，加速度向上，处于超重状态，所以超重的是②④，ABC错误D正确.7.答案：B解析：A.做自由落体运动的物体加速度为重力加速度，物体处于完全失重状态，故A错误；B.做减速下降运动的物体，加速度竖直向上，物体处于超重状态，故B正确；C.正在向上加速启动的电梯，加速度竖直向上，处于超重状态，故C错误；D.无论物体处在超重还是失重状态，物体重力均不变，故D错误。故选B。8.答案：CD解析：弹簧缩短，弹力方向向下，重力方向向下，加速度方向向下，则物体可能加速下降，也可能减速上升。故选CD。9.答案：BD解析：A.物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象叫作失重现象，此时物体所受重力不变，故A错误；B.物体加速上升时处于超重状态，故B正确；C.物体自由下落时加速度等于重力加速度，会处于完全失重状态，故C错误；D.失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化，故D正确。故选BD。10.答案：AC解析：ABC.在ab段绳的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，人向下做加速运动，处于失重状态，随绳子的拉力的增大，向下的合外力减小，所以向下的加速度逐渐减小，在段绳的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，人向下做减速运动，处于超重状态，而且加速度随绳子的拉力的增大而增大，所以在段人的速度先增加后减小，加速度先减小后增加，在b点人的速度最大，故AC正确，B错误；D.在c点，绳的形变量最大，绳的拉力最大，人具有向上的加速度，人的速度为零，故D错误。故选AC。11.答案：D解析：速度随时间变化图像的斜率表示加速度，设单杠对该同学的支持力大小为，据牛顿第二定律有当该同学竖直向上的加速度最大时，单杠对运动员的支持力最大，由图像判断可知，图中0时刻和时刻单杠对该同学的支持力最大。故选D。12.答案：A解析：AB.着陆前的最后一段运动可视为竖直方向减速运动，故加速度方向竖直向上，“祝融号”与着陆器都处于超重状态，故A正确，B错误；CD.“祝融号”对着陆器的作用力与着陆器对“祝融号”的作用力大小相等，为相互作用力，故CD错误。故选A。13.答案：A解析：A.力传感器的示数稳定时，示数等于此人所受的重力的大小，此人的重力大约为，根据此人质量大约为，故A正确；B.在人“站起”的过程中，力传感器的示数先大于此人所受的重力，后小于此人所受的重力，此人所受合外力方向先向上再向下，加速度先向上再向下，B错误；C.在人“下蹲”的过程中，力传感器的示数先小于此人所受的重力，后大于此人所受的重力，此人所受合外力方向先向下再向上，加速度先向下再向上，故C错误；D.在内，此人完成下蹲过程，重心一直下降，故D错误。故选A。14.答案：C解析：根据题意运动员由跨步变为直立的过程中，杠铃先向上加速后向上减速，加速度先向上后向下，则杠铃先处于超重状态后处于失重状态。故选C。15.答案：C解析：下蹲过程，钩码先向下加速再向下减速，则加速度方向先向下后向上，则钩码先处于失重状态，再处于超重状态，传感器受到的拉力先小于钩码的重力再大于钩码的重力。起立过程，钩码先向上加速再向上减速，则加速度方向先向上后向下，则钩码先处于超重状态，再处于失重状态，传感器受到的拉力先大于钩码的重力再小于钩码的重力。故选C。16.答案：A解析：A.根据图像可知时，电梯的加速度方向向下，电梯处于失重状态，故A正确；B.根据图像可知时间内，电梯的加速度为0，此时绳索拉力等于重力，不为零，故B错误；C.根据图像可知时，电梯的加速度方向向上，电梯处于超重状态，故C错误；D.根据图像可知内电梯一直向下加速运动内电梯向下匀速运动，内电梯一直向下减速运动，根据对称性可知，时，电梯速度减为0，故D错误。故选A。17.答案：B解析：运动员离开地面后做斜上抛运动，越过横杆前、后在空中运动的过程中，加速度为重力加速度，方向竖直向下，所以运动员始终处于完全失重状态。故选B。18.答案：D解析：A.该同学体重在下蹲和起立过程中都是不变的，选项A错误；BCD.该同学先下蹲后起立，下蹲过程中先失重后超重，起立过程中先超重后失重，根据图像分析，图像的最低表示传感器示数最小，但是并不等于0，所以该同学没有完全失重的情况，但是图像最高点一定表示该同学处于超重状态，故BC错误，D正确。故选D。19.答案：AC解析：AB.由题图可知，内，力传感器中拉力的大小等于钩码的重力，可知该钩码重力的大小为20N，该段时间内钩码做匀速直线运动，故A正确，B错误；C.由题图可知，时刻力传感器中拉力大小大于钩码的重力，则钩码处于超重状态，故C正确；D.由题图可知，时刻力传感器中拉力大小小于钩码的重力，则钩码处于失重状态，故D错误。故选AC。20.答案：失重；2；8解析：人对台秤的压力小于人的重力，可知人处于失重状态，即此时升降机处于失重状态；根据解得人的加速度大小为小球对轻绳的拉力大小为21.答案：B解析：设定滑轮右侧轻绳与杆之间的夹角为θ，将物块B的速度沿轻绳方向和垂直于轻绳方向分解，如图所示，根据平行四边形定则，沿轻绳方向的速度为，可知在θ增大到90°的过程中，物块A的速度方向向下，且逐渐减小；由题可知，当物块B到达P点时，物块B与滑轮之间的距离最短，定滑轮右侧轻绳长度最小，此时，，此后物块A向上运动，且速度增大；所以在物块B沿杆由M点匀速下滑到N点的过程中，物块A的速度先向下减小，然后向上增大，故A错误，B正确；物块A向下做减速运动和向上做加速运动的过程中，加速度的方向都向上，所以物块A始终处于超重状态，故C、D错误.22.答案：B解析：缆车有平行山坡向下的加速度，将小物块与斜面看成一个整体，有向下的加速度分量，处于失重状态，故A错误；假设物块与斜面间摩擦力沿斜面向上，对物块，有，解得，当时，可知f的方向沿斜面向下，大小为，当时，故B正确，C错误；对物块，有，若缆车加速度增大，小物块受到的摩擦力可能减小，可能不变，还可